ГЛАВА 8. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ, БЕТОНЫ
8.1. Назначение и классификация строительных растворов, их составные части
Строительный раствор представляет собой материал, получаемый в результате затвердевания смеси вяжущего вещества (цемента), мелкого заполнителя (песка), затворителя (воды) и специальных добавок. Эту смесь до начала затвердевания называют растворной смесью.
По назначению строительные растворы бывают:
Роль вяжущего в растворе –обволакивать частички заполнителя, уменьшая трение между ними, в результате чего растворная смесь приобретает необходимую для работы подвижность. В процессе твердения вяжущий материал прочно связывает между собой отдельные частицы заполнителя.
По виду применяемого вяжущего вещества строительные растворы бывают:
Составы простых растворов обозначают двумя числами. Первое число (обычно единица) показывает, что вяжущего материала в растворе одна объемная (или массовая) часть. Последнее число в соотношении с первым показывает, сколько объемных (или массовых) частей заполнителя приходится на одну часть вяжущего материала.
ВЯЖУЩЕЕ: ЗАПОЛНИТЕЛЬ (ЦЕМЕНТ:ПЕСОК) 1:3 Например, известковый раствор состава 1:3 означает, что в данном растворе на 1 часть извести приходится 3 части заполнителя.Для сложных растворов соотношение состоит из трех чисел, из которых первое число (единица) выражает объемную часть основного вяжущего материала, а второе число показывает, каково количество дополнительного вяжущего нужно взять на одну часть.
ВЯЖУЩЕЕ:ВЯЖУЩЕЕ:ЗАПОЛНИТЕЛЬ (ЦЕМЕНТ:ИЗВЕСТЬ:ПЕСОК) 1:0,2:3В зависимости от условий твердения существуют следующие растворы:
воздушные растворы, твердеющие в воздушно-сухих условиях (например, гипсовые); гидравлические , начинающие твердеть на воздухе и продолжающие твердеть в воде или во влажных условиях (цементные).
В зависимости от соотношения между количеством вяжущего материала и заполнителя различают: жирные растворы (растворы с избытком вяжущего материала), смеси которых очень пластичны, но дают при твердении большую усадку и растрескиваются при нанесении толстым слоем; нормальные растворы; тощие растворы (содержат относительно небольшое количество вяжущего материала, но дают очень малую усадку, что весьма ценно при облицовочных работах).
По плотности строительные растворы подразделяют на: тяжёлые (средней плотностью в сухом состоянии 1500 кг/м3 и более, приготовляемые на обычном песке); лёгкие(средней плотностью до 1500 кг/м3, которые приготовляют на легком пористом песке из пемзы, туфа, керамзита и др.).
8.2. Свойства растворных строительных смесей
Главные свойства растворных смесей – подвижность и удобоукладываемость, расслаиваемость, водоудерживающая способность.
Подвижность растворной смеси характеризуется глубиной погружения в нее металлического стандартного конуса массой 300 г, высотой 145 мм и диаметром основания 75 мм (угол при вершине 30°). Измеряется в сантиметрах. Конус сделан из жести, а внутри него помещён груз (свинцовая дробь).
Подвижность определяют следующим образом: сосуд наполняют смесью примерно на 1 см ниже краев, затем штыкуют 25 раз стержнем диаметром 10 – 12 мм и встряхивают 5 – 6 раз легким постукиванием сосуда о стол. Острие конуса подводят к поверхности раствора и закрепляют стержень в таком положении, отмечая при этом положение стрелки на шкале. После чего поворачивают зажимной винт, предоставляя конусу свободно погружаться в раствор. Через 1 минуту отсчитывают по шкале глубину его погружения с точностью до 1 мм (Рис.8.1).
Рис. 8.1. Прибор для установления нормальной густоты раствора ПГР
1 – сосуд с растворной смесью; 2 – конус; 3 – зажимные болты; 4 – шкала с делениями; 5 – удерживающий скользящий стержень; 6 – стойка штатива; 7 – держатели и направляющие.
Подвижность растворной смеси в зависимости от назначения раствора принимается:
Повысить подвижность растворной смеси можно, увеличив содержание в ней воды, но при этом, чтобы сохранить марку раствора и водоудерживающую способность смеси, необходимо также увеличить расход вяжущего. Более рационально вести раствор пластифицирующих добавок.
Водоудерживающая способность – свойство растворной смеси не расслаиваться при транспортировке и не терять подвижности при укладке на пористое основание.
Если растворную смесь с малой водоудерживающей способностью нанести, например, на кирпич, то она быстро обезводится в результате отсасывания воды в поры кирпича. В этом случае затвердевший раствор будет пористым и непрочным. При транспортировании растворных смесей с низкой водоудерживающей способностью смесь может расслоиться: песок оседает вниз, а сверху отсекается вода.
Чем ниже водоудерживающая способность, тем вероятнее расслоение растворной смеси. Жесткие растворные смеси не могут равномерно распределяться по основанию и плохо сцепляются с ним.
Водоудерживающая способность растворной смеси повышается при увеличении содержания цемента, замене части цемента известью, а также при введении высокодисперсных добавок – зол, глин и некоторых поверхностно-активных веществ (мылонафт, омыленный древесный пек и др.). Кроме того, введение в растворную смесь высокодисперсных пластифицирующих добавок позволяет экономить цемент, известь и другие вяжущие вещества.
Снижение расхода вяжущих за счет введения пластифицирующих добавок дает значительный экономический эффект, так как кладочные и штукатурные растворы являются одним из наиболее широко распространенных строительных материалов. Растворы с указанными пластифицирующими добавками хорошо сцепляются с обрабатываемой поверхностью, обладают равномерностью деформаций после затвердения и достаточно высокой прочностью.
Удобоукладываемость – это способность растворной смеси легко укладываться сплошным тонким слоем, хорошо сцепляясь с поверхностью основания. Удобоукладываемость растворных смесей оценивают по показателям подвижности и водоудерживающей способности.
Удобоукладываемая растворная смесь даже при укладке на неровной поверхности заполняет все впадины и плотно примыкает к камням кладки.
Расслаиваемость – способность растворной смеси разделяться на твердую (песок и вяжущее) и жидкую (вода) фазы при транспортировании и перекачивании ее по трубам и шлангам. В результате чего в трубах и шлангах могут образоваться пробки, приводящие к потере труда и времени.
Основными показателями качества строительного раствора являются: плотность, прочность раствора при сжатии, водонепроницаемость, сцепление с основанием и морозостойкость.
Плотность раствора. Растворы бывают: тяжелые (средняя плотность более 1500 кг/см3) и легкие (средняя плотность менее 1500 кг/см3) .
Плотность раствора. Прочность раствора характеризуется маркой, т. е. округленным пределом прочности при сжатии образцов (в виде кубов с ребром 7,07 см), приготовленных из раствора рабочей консистенции, твердеющих на пористом основании при температуре 15–25°С и испытанных в 28-дневном возрасте. По прочности на сжатие для растворов установлены следующие марки: 4, 10, 25, 75, 100, 150, 200; 300. (нагрузка от 0,4 до 30 Мпа).
Водонепроницаемость раствора важна для стяжек на балконах, для специальных гидроизоляционных растворов. Но абсолютно водонепроницаемых растворов нет, т.к. он содержит поры. Для повышения водонепроницаемости в растворную смесь вводят добавки – жидкое стекло, нитрат кальция, кремнийорганические жидкости.
Морозостойкость характеризует долговечность строительного раствора. По морозостойкости растворы подразделяют на следующие марки: F 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300. Для повышения морозостойкости растворов применяют воздухововлекающие добавки: смолу древесную омыленную (СДО) и смолу нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ), сульфанол.
8.3. Механизированное приготовление и транспортирование строительных растворов
Растворы приготавливают в виде готовых к применению смесей или в виде сухих смесей, затворяемых водой перед использованием. А также могут быть приготовлены на централизованных растворных узлах или на самом рабочем месте в растворосмесителях.
Для механизированного приготовления применяют растворосмесители периодического действия с принудительным перемешиванием (Рис.8.2).
Процесс приготовления растворных смесей состоит в следующем: исходные материалы дозируют, загружают их в барабан растворосмесителя и перемешивают до получения однородной массы. Для тяжелых растворов средняя продолжительность перемешивания не менее 3 мин, для легких – продолжительность увеличивается.
Рис. 8.2. Растворосмеситель
В зимних условиях для получения растворов с положительной температурой песок и воду подогревают до температуры не более 60°С.
При транспортировании растворных смесей используют автосамосвалы или специально оборудованный транспорт, который исключает потери цементного молока, снижение температуры, попадание атмосферных осадков. На стройках растворную смесь подают к месту использовании по трубам с помощью растворонасосов.
Сроки хранения смесей зависят от вида вяжущего и ограничиваются сроками его схватывания. Цементные растворы используют в течение 2-4 часов, добавлять повторно и воду и перемешивать схватившие растворы не допускается из-за снижения их качества. Известковые растворы долго сохраняют свои свойства, и допускается добавлять повторно воду в высохший раствор.
8.4. Основные понятия о бетоне. Назначение и классификация
Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения правильно подобранной, тщательно перемешанной и уплотнённой смеси вяжущего вещества, воды, заполнителей и добавок.
Бетонной смесью называют перемешанную до однородного состояния пластичную смесь из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок до начала ее затвердевания.
Классификация бетонов:
1. По основному назначению:2. В зависимости от средней плотности:
3. По виду вяжущего:бетоны на цементных, на известковых, на гипсовых, на шлаковых и на специальных вяжущих.
4. По виду заполнителей: бетоны на плотных, пористых, на специальных заполнителях.
5. По крупности зерен заполнителей: бетоны мелкозернистые и крупнозернистые. Мелкозернистые бетоны, в которых размер зёрен заполнителей менее 10мм.
6. По условиям твердения:8.5. Технологические свойства бетонной смеси
Самой важной характеристикой бетонных смесей является удобоукладываемость.
Удобоукладываемость – это способность бетонной смеси заполнять форму и образовывать в результате уплотнения плотную и однородную массу.
Для оценки удобоукладываемости используют следующие показатели: подвижность, жесткость и связность.
Подвижность бетонной смеси определяют для пластичных бетонных смесей по осадке стандартного конуса, изготовленного из тонкой листовой стали высотой 300 мм, диаметр нижнего основания 200, верхнего – 100 мм. Конус, установленный на горизонтальной площадке, наполняют бетонной смесью в три приёма, уплотняя смесь 25 ударами металлического стержня. Поверхность смеси заглаживают и затем конус снимают и устанавливают рядом. По разнице высот металлического конуса и осевшей бетонной смеси, выраженной в см, оценивают осадку конуса (Рис. 8.3).
Рис. 8.3. Определение подвижности бетонной смеси
Жёсткость определяется для бетонной смеси, у которой ОК=0, по времени вибрирования на площадке в специальном приборе. В цилиндр вставляют конус и заполняют его бетонной смесью. После этого конус снимают, поворачивают штатив и опускают стальной диск на бетонную смесь. Включив виброплощадку, смесь подвергают вибрации до тех пор, пока цементное тесто не начнет выделяться из всех отверстий диска. Затем прибор отключают. Время, необходимое для уплотнения смеси в приборе, называют показателем жесткости бетонной смеси (Ж), выражается в секундах (Рис. 8.4)
Рис.8.4. Определение жесткости бетонной смеси
а) начальное положение прибора; б) положение после вибрации; 1 – вибростол; 2 – стальной цилиндр; 3 – бетонная смесь; 4 – перфорированный диск; 5 – втулка; 6 – штанга; 7 – штатив.
Жёсткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды. Они используются при изготовлении сборных железобетонных изделий и конструкций. В подвижных смесях воды содержится больше, чем в жёстких. Они легко поддаются транспортированию по трубопроводам с помощью бетононасосов.
В зависимости от удобоукладываемости различают смеси сверхжесткие, жесткие, низкопластичные, пластичные и литые.
Связность – это способность бетонной смеси не расслаиваться в процессе транспортировании, укладки и уплотнения.
Крупный тяжелый заполнитель оседает, а легкий и пористый – всплывает. Это ухудшает структуру бетона, увеличивает водопроницаемость и снижает морозостойкость. Для предотвращения расслоения бетонной смеси надо правильно назначать количество мелкого заполнителя, сокращать расход воды, использовать пластифицирующие добавки.
8.6. Физико-механические свойства бетона
Основными физико-механическими свойствами бетона являются прочность на сжатие и растяжение, морозостойкость и водонепроницаемость.
Прочность. Прочность бетона зависит от качества заполнителя (щебня, гравия), от качества цемента и качества цементного камня. Прочность бетона выше, если прочнее заполнители. Чем выше марка цемента, тем при других равных условиях прочнее будет цементный камень. С повышением содержания цемента в бетоне его прочность растет до определенного предела. Затем она растет незначительно, другие же свойства бетона ухудшаются. Чем больше будет воды в бетонной смеси, тем больше будет пористость и меньше прочность бетона. Избыточная вода, не вступившая в химическую реакцию с цементом, остается в бетоне в виде водяных пор и капилляров или испаряется, оставляя воздушные поры. Все эти виды пор ослабляют бетон.
Важной характеристикой бетона является водоцементное соотношение (В/Ц). Чем меньше В/Ц, тем прочнее бетон. При постоянном расходе цемента прочность бетона увеличивается, а с уменьшением расхода воды – увеличивается.
Прочность бетона характеризуется маркой и классом бетона по прочности на сжатие и растяжение.
Марка бетона – численная характеристика какого-либо его свойства, рассчитываемая как среднее значение результатов испытания образцов.
Марку определяют путем испытания бетонных образцов-кубов размерами 15×15×15см в возрасте 28 суток. Численной характеристикой марки является полученный при испытании предел прочности при сжатии как среднее арифметическое значение по двум наибольшим (при испытании трех образцов), выраженный в кгс/см2.
Для тяжёлого бетона установлены следующие марки: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М550; М600; М700; М800; М900 и М1000. Марка бетона М500 означает, что его предел прочности при сжатии не менее 500 кгс/см2.
Класс бетона по прочности – количественная величина, характеризующая качество бетона, соответствующая его гарантированной прочности на сжатие (обычно 0,95). Это значит, что установленная прочность достигается не менее чем в 95 случаях из 100.
Класс бетона обозначается буквой «С» и цифрами, выражающими значения нормативного сопротивления бетона осевому сжатию и его гарантированной прочности в Н/мм2 (МПа), например, С 20/25 (20 – значение нормативного сопротивления, 25 – гарантированная прочность бетона) и это значит, что через 28 суток прочность бетона на сжатие должна составить 25 МПа.
Морозостойкость бетона зависит от количества и характера пор (открытые и закрытые), а также от морозостойкости заполнителя.
Для получения достаточной морозостойкости бетон изготовляют из морозостойких заполнителей, снижают до минимума содержание в нем воды, при этом максимально плотно укладывают бетонную смесь с помощью вибраторов или других механизмов. Кроме того, целесообразно применять гидрофобные и пластифицированные цементы или поверхностно-активные гидрофобизирующие добавки.
Марку бетона по морозостойкости устанавливают по минимальному числу циклов замораживания и оттаивания образцов бетона. Для бетонов конструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации попеременному замораживанию и оттаиванию, установлены следующие марки: F50; F75; F100; F150; F200; F250; F300; F400; F500; F600; F800; F1000.
Плотность. Средняя плотность сильно влияет на качество бетона, в том числе и на его прочность: чем выше средняя плотность бетона, тем он прочнее. Поры в бетоне появляются при его изготовлении в результате испарения излишней воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, при плохом перемешивании бетонной смеси, при недостатке цемента. Плотность раствора возрастает, если при его изготовлении равномерно разместить соответствующие заполнители.
Марка бетона по плотности – гарантированная объемная масса бетона в кг/м3. Обозначается буквой D и цифрой, выражающей значение объемной массы бетона, например, D2000 (бетон плотностью 2000 кг/см3).
Марка бетона по водонепроницаемости – гарантированное значение давления воды, выдерживаемое бетоном без ее просачивания. Обозначается буквой W и цифрой, соответствующей давлению в атмосферах. Марки по водонепроницаемости: W2; W4; W6; W8; W10; W12; W14; W16; W18; W20.
Усадка бетона – сокращение линейных размеров до 0,3… 0,5 мм на 1 м длины. Происходит при твердении на воздухе. Особенно значительна усадка в начальный период твердения: в первые сутки она достигает 70% от месячного значения. Причина усадки бетона – усадка твердеющего цементного теста. Поэтому, чем больше в бетоне цемента, тем больше его усадка и вероятность растрескивания.
Огнестойкость –способность бетона сохранять прочность при кратковременном воздействии высоких температур. Бетон может выдержать в течение длительного времени температуру выше 1000 °С. При этом он не разрушается и не трескается. Для устройства конструкций топок, печей и промышленных труб применяют специальный жароупорный бетон на глиноземистом цементе и жаростойких заполнителях.
Теплопроводность характеризует способность бетона передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий из-за разности температур на поверхностях бетона. Теплопроводность бетона почти в 50 раз меньше, чем у стали, но зато выше, чем у строительного кирпича.
8.7. Добавки к бетонам и растворам
Добавки к бетонам и растворам применяются для:
- Улучшения технологических свойств растворной и бетонной смеси: повышения удобоукладываемости, перекачиваемости, снижения водо - и раствороотделения.
- Сокращения продолжительности тепловой обработки бетона, ускорения сроков распалубки и загрузки конструкций при естественном твердении.
- Уменьшения расхода цемента.
- Повышения морозостойкости, стойкости бетона и железобетона в разных агрессивных средах.
Пластифицирующие добавки увеличивают подвижность растворных и бетонных смесей (суперапластификатор С-3, лигносульфанаты технические модифицированные ЛСТМ-2, мылонафт).
Водоудерживающие и стабилизирующие добавки применяют для уменьшения водоотделения бетонных и растворных смесей и расслоения бетонных смесей.
Ускорители твердения бетона повышают темп роста прочности бетона в начальный период твердения от 1 до 3 суток.
Противоморозные добавки обеспечивают твердение бетона и раствора зимой, снижая температуру замерзания воды (хлорид натрия в сочетании с хлоридом кальция, нитрит натрия, поташ, смесь нитрата натрия с мочевиной).
Кольматирующие добавки способствуют заполнению пор в бетоне водонерастворимыми продуктами и повышают водо - и газонепроницаемость и коррозионную стойкость материала (водорастворимые смолы, битумная эмульсия, нитрат кальция).
Воздухововлекающие добавки обеспечивают вовлечение воздуха в бетонную смесь при ее перемешивании, при этом повышая подвижность бетонных и растворных смесей, но понижая прочность материала (смола древесная омыленная СДО, сульфанол).
Газообразующие добавки обеспечивают газообразование в смеси за счет химического взаимодействия с продуктами гидратации цемента (алюминиевая пудра и паста).
Гидрофобизирующие добавки придают бетону гидрофобные свойства (уменьшение смачивание поверхности) и снижают водопоглощение (мылонафт, гидрофобизирущие жидкости ГКЖ-10,11).
8.8. Способы приготовления и укладки бетонной смеси
Приготовление бетонных смесей происходит в бетоносмесителях периодического и непрерывного действия.
Бетоносмесители периодического действия бывают гравитационные и принудительного перемешивания. В бетоносмесителях гравитационного действия (Рис.8.5) готовят пластичные бетонные смеси с крупным заполнителем из плотных пород. Время перемешивания зависит от подвижности бетонной смеси и вместимости бетоносмесителя. Чем меньше подвижность смеси и чем больше вместимость бетоносмесителя, тем больше время, необходимое для перемешивания.
Рис. 8.5. Бетоносмеситель гравитационного типа
Бетоносмесители принудительного перемешивания используют для приготовления жестких бетонных смесей, на мелких песках, с повышенным содержанием цемента (Рис.8.6).
Рис. 8.6. Бетоносмеситель принудительного действия.
Бетоносмесители непрерывного действия имеют вал с лопастями, который одновременно перемешивает и перемещает бетонную смесь от загрузочного отверстия к выгрузочному (Рис. 8.7). Применяются на строительных объектах с большим объемом строительных работ, поскольку точность дозирования компонентов меньше, чем у бетоносмесителей периодического действия.
Рис. 8.7. Бетоносмеситель непрерывного действия
Для транспортирования бетонных смесей используют автомобильный транспорт: автобетоновозы, автобетоносмесители (Рис. 8.8). Основным требованием к транспортированию является сохранение однородности и подвижности бетонной смеси.
Рис. 8.8. Автобетоносмеситель (АБС)
От правильной укладки бетонной смеси зависят долговечность и качество бетона. Методы укладки и уплотнения зависят от вида бетонной смеси (пластичная или жесткая) и типом конструкции. Укладка должна обеспечивать максимальную плотность бетона (отсутствие пустот и однородность состава). Пластичные и литые смеси уплотняют под действием тяжести или путем штыкования, жесткие смеси – вибрированием.
Интересно знать: Изготовление бетона
БЛОК САМОКОНТРОЛЯ
Для повторения и закрепления теоретического материала ознакомьтесь с презентацией
видеолекцией
Видеолекция «Новые виды бетонов для монолитного строительства».
Дайте ответ на следующие вопросы по теме:
- Из каких компонентов состоит строительный раствор?
- Какова роль вяжущего вещества в строительном растворе?
- Перечислите разновидности строительных растворов в зависимости от их назначения и использования.
- Назовите состав простого известкового строительного раствора.
- Из каких компонентов состоят сложные строительные растворы?
- Как делятся строительные растворы по плотности?
- Перечислите основные свойства растворных строительных смесей.
- Каким прибором определяют подвижность растворной смеси?
- Из каких операций состоит процесс приготовления растворных строительных смесей?
- Что такое бетон?
- Как по своему назначению делятся бетоны?
- Перечислите разновидности бетонов в зависимости от средней плотности.
- Какие разновидности бетонов бывают по виду вяжущего вещества, входящего в их состав?
- Назовите условия твердения различных типов бетонов.
- Как определяют подвижность бетонной смеси?
- Как определяют жёсткость бетонной смеси?
- Перечислите основные физико-механические свойства бетона.
- От чего зависит прочность бетона?
- Как определяют марку бетона?
- На какой показатель качества бетона влияет его плотность?
- Какой бетон применяют для устройства конструкций топок, печей, промышленных труб?
- С какой целью в бетоны и строительные растворы вводят различные добавки?
- Какое оборудование используется для приготовления бетонных смесей?
- Какими специализированными машинами осуществляется транспортировка бетонных смесей?